泛素基因在煙草耐鹽性中的作用及其生理機制研究.pdf

1、在生物細胞生命周期中不斷有新的功能蛋白產(chǎn)生，與此同時也必然伴有結束其生命功能的蛋白質的降解。蛋白質的降解與其合成過程一樣，對植物的生理代謝和生長發(fā)育起著重要的作用。細胞內蛋白質的降解受到精確的時間和空間調節(jié)，并具有高度選擇性。泛素/26S蛋白酶體途徑(ubiquitin/26S protcasome pathway，UPP)是目前已知最重要的、有高度選擇性的蛋白質降解途徑。在這個途徑中，泛素用來標記需要降解的蛋白質，被標記的靶蛋白進而被

2、26S蛋白酶體識別并降解。逆境脅迫下生物細胞內無功能蛋白質的積累增多，及時清除這些無功能蛋白質成為生物適應逆境的重要方式。已有研究表明，泛素基因在逆境條件下表達顯著增加，短命調節(jié)蛋白及異常蛋白降解速率加快，間接說明泛素系統(tǒng)在生物逆境適應中的作用。但過量表達泛素基因以及抑制泛素基因表達對植物逆境適應性的影響及其生理機制研究還鮮見報道。 本實驗室已經(jīng)克隆了小麥單體泛素基因，構建了正義表達載體，轉化煙草獲得了過量表達泛素基因的轉基因株

3、系多個，研究發(fā)現(xiàn)過量表達泛素提高了煙草的抗旱性、耐鹽性。同時克隆了煙草的泛素基因，構建了反義表達載體，反義轉化煙草獲得了抑制煙草泛素基因表達的轉基因株系。本論文以正義轉基因煙草及抑制泛素基因表達的反義轉基因煙草為材料，研究調控泛素系統(tǒng)對植物抗逆性的影響。從種子萌發(fā)、幼苗生長狀況、膜傷害程度、活性氧積累與清除、離子平衡及光合能力等方面分析了泛素系統(tǒng)影響植物抗逆性的生理生化機制。研究發(fā)現(xiàn)，過量表達泛素單體增強了轉基因植株的抗鹽性，抑制泛素基

4、因的表達導致轉基因植株抗鹽性減弱。主要結果如下： 1、泛素蛋白豐度檢測結果表明，過量表達泛素基因或抑制泛素基因表達對于轉基因植株細胞內泛素單體蛋白豐度影響不大；過量表達泛素蛋白會使結合態(tài)泛素蛋白含量增加，鹽脅迫下這種增加更為明顯；抑制泛素基因表達會降低結合態(tài)泛素蛋白的積累。 2、正常生長條件下，過量表達Ta-Ub2泛素基因對種子的萌發(fā)和幼苗的生長就有促進作用；抑制Nt-Ub1泛素基因對種子萌發(fā)和植株的生長有延緩作用。鹽脅

5、迫導致種子萌發(fā)延遲及幼苗生長抑制，過量表達Ta-Ub2泛素基因能促進種子萌發(fā)及幼苗生長，緩解鹽脅迫導致的生長抑制，轉基因煙草抗鹽性增強：抑制泛素基因表達使種子萌發(fā)推遲，加劇了鹽脅迫下的生長抑制。 3、鹽脅迫會破壞生物膜的穩(wěn)定性和完整性，導致活性氧積累及膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量的增加，膜透性增強。過量表達泛素基因的轉基因植株中主要抗氧化酶的活性增強，活性氧積累減少，MDA含量及電解質外滲量較低，有效保護了生物膜的穩(wěn)定性和

6、完整性；抑制泛素基因表達導致鹽脅迫下生物膜的損傷更為嚴重。 4、鹽脅迫不僅會造成滲透脅迫，還會引起離子毒害。過量表達Ta-Ub2泛素基因能使轉基因植株在鹽脅迫下保持較好的水分狀況，并有效維持體內的離子平衡，進而提高了轉基因植株的抗鹽性：抑制泛素基因加劇了鹽脅迫對于植物體造成的滲透脅迫和離子毒害作用，抗鹽性降低。 5、鹽脅迫會導致植物光合機構受到損傷，表現(xiàn)為色素含量降低、PSII光化學效率下降。過量表達Ta-Ub2泛素基因

7、的轉基因植株碳同化速率、PSII光化學效率的下降及色素降解速率相對緩慢，鹽脅迫下能維持較高的光合作用效率；抑制泛素基因表達使轉基因植株光合能力降低。 6、對轉基因煙草體內活性氧積累進行檢測，發(fā)現(xiàn)抑制泛素基因表達會加劇轉基因植株體內活性氧的積累，而過量表達泛素基因的植株體內積累活性氧較少。推測活性氧積累的不同可能是不同轉基因植株抗逆性差異的原因之一，泛素系統(tǒng)與活性氧清除有關。用外源甲基紫精處理，造成氧化脅迫，檢測了不同轉基因煙草耐

8、氧化脅迫的能力，證明過量表達泛素提高了煙草的耐氧化脅迫能力；而反義抑制泛素表達的轉基因植株的耐氧化脅迫能力較野生型差，進一步證明了泛素水平與耐氧化脅迫有關。 7、過量表達Ta-Ub2泛素基因提高了轉基因煙草對綜合脅迫(高鹽+高溫+高光強)的抗性，并加速了植物的生長發(fā)育進程，使轉基因植株花期提前。反義抑制泛素基因表達使轉基因植株出現(xiàn)早衰及灼傷斑點，抗逆性降低。 綜上所述，過量表達泛素單體提高了轉基因煙草對鹽脅迫甚至綜合脅迫